医学精品课件:第4章 细胞膜及物质的跨膜运输.ppt
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1、(cell membrane)使细胞具有相对独立和使细胞具有相对独立和稳定的内环境;稳定的内环境;细胞膜细胞膜概念概念 位于位于细胞表面的一层膜性结构,细胞表面的一层膜性结构,又称质膜(又称质膜(plasma membrane).).功能功能是细胞内外物质、信息、是细胞内外物质、信息、能量交换的能量交换的“门户门户”。除细胞膜外,真核细胞内还除细胞膜外,真核细胞内还有许多膜性细胞器,如内质有许多膜性细胞器,如内质网、高尔基复合体、溶酶体网、高尔基复合体、溶酶体等,称为细胞内膜。它们共等,称为细胞内膜。它们共同构成真核细胞的同构成真核细胞的内膜系统内膜系统。细胞内膜细胞内膜(endomembra
2、ne)概念概念 任何生物膜在电镜下都呈现任何生物膜在电镜下都呈现“暗暗明明暗暗”三层结构,故称为三层结构,故称为。生物膜生物膜细细 胞胞 膜膜细胞内膜细胞内膜线粒体膜线粒体膜(biomembrane)细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。生物膜生物膜概念概念单位膜单位膜概念概念(unit membrane)生物膜生物膜脂类、蛋白质、糖类脂类、蛋白质、糖类 水、无机盐、金属离子水、无机盐、金属离子蛋白质蛋白质/脂类脂类 :在不同种类生物膜中有所不同在不同种类生物膜中有所不同 表:各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比表:各种生物膜中蛋白质与脂类的含
3、量比功能多而复杂的膜,功能多而复杂的膜,蛋白质蛋白质/脂类脂类 大;大;功能少而简单的膜,功能少而简单的膜,蛋白质蛋白质/脂类脂类 小。小。生物膜的种类生物膜的种类蛋白质蛋白质/脂类脂类神经髓鞘神经髓鞘(轴突部分的细胞膜轴突部分的细胞膜)0.23血小板血小板0.70HelaHela细胞细胞1.50红细胞膜红细胞膜1.50 4.00线粒体内膜线粒体内膜3.20(一一)膜脂膜脂 膜膜 脂脂磷磷 脂脂糖糖 脂脂胆固醇胆固醇1 1、均为均为“”()脂分子团脂分子团脂双分子层脂双分子层水水水水脂质体脂质体膜脂双分子层膜脂双分子层2 2、膜脂的类型、膜脂的类型磷磷 脂脂 酰酰 胆胆 碱碱(卵磷脂)(卵磷脂
4、)磷脂磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)(脑磷脂)鞘鞘 磷磷 脂脂磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸X 亲亲 水水 性性 头头 部部疏疏 水水 性性 尾尾 部部既有亲水性一端,又有既有亲水性一端,又有疏水性一端的分子,疏水性一端的分子,如如极性头部极性头部固固 醇醇 环环 结结 构构非非 极极 性性 尾尾 部部糖脂与鞘磷脂相似,只糖脂与鞘磷脂相似,只是头部不同,由是头部不同,由糖基糖基取取代代磷脂酰碱基磷脂酰碱基常见糖脂:常见糖脂:脑脑 苷苷 脂脂 神经节苷脂神经节苷脂(二)膜蛋白(二)膜蛋白内在膜蛋白(内在膜蛋白(70%80%)外在膜蛋白(外在膜蛋白(20%30%)1 1、内在膜蛋白、内在膜蛋白(
5、1 1)跨膜蛋白跨膜蛋白 贯穿脂双层,两端露出膜内外贯穿脂双层,两端露出膜内外 单次穿膜单次穿膜 多次穿膜多次穿膜2 2、外在膜蛋白、外在膜蛋白附在膜的胞质面附在膜的胞质面 ,与膜脂极性头部或内在膜蛋白的,与膜脂极性头部或内在膜蛋白的 极性区域非共价地结合。极性区域非共价地结合。(2 2)半嵌入蛋白半嵌入蛋白 一端嵌入膜层内,另一端露出膜外一端嵌入膜层内,另一端露出膜外非双亲性分子;非双亲性分子;单单 次次 穿穿 膜:膜:脂双分子层脂双分子层非胞质面非胞质面 胞胞 质质 面面12345多多 次次 穿穿 膜:膜:数段数段a-螺旋几次折返穿越脂质双层。螺旋几次折返穿越脂质双层。非穿越性共价结合:非
6、穿越性共价结合:与胞质面单层脂质的烃链共价结合。与胞质面单层脂质的烃链共价结合。与磷脂酰肌醇结合:与磷脂酰肌醇结合:蛋白质的寡糖链在非胞质面与磷脂蛋白质的寡糖链在非胞质面与磷脂酰肌醇共价结合。酰肌醇共价结合。跨膜蛋白跨膜蛋白12345内内 在在 膜膜 蛋蛋 白白附在膜的内外表面,非共价地与内附在膜的内外表面,非共价地与内在膜蛋白或膜脂分子极性头部结合。在膜蛋白或膜脂分子极性头部结合。半嵌入蛋白半嵌入蛋白与内在膜蛋白或与内在膜蛋白或膜脂非共价结合:膜脂非共价结合:外在膜蛋白外在膜蛋白一段一段a-螺旋贯穿脂质双层。螺旋贯穿脂质双层。膜糖类膜糖类共价键共价键共价键共价键细胞内细胞内(三)膜糖类(三)
7、膜糖类脂双层脂双层细胞外衣:细胞外衣:(糖萼)(糖萼)细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织成一层多糖物质,称伸展交织成一层多糖物质,称细胞外衣细胞外衣或或糖萼糖萼。细胞外衣细胞外衣分布于分布于非非胞质面胞质面(一)生物膜的流动性(一)生物膜的流动性1、膜脂的流动性、膜脂的流动性(1 1)侧向移动)侧向移动(2 2)旋转运动)旋转运动(3 3)左右摆动)左右摆动(4 4)翻转运动)翻转运动固态固态液晶态液晶态液态液态相变相变相变温度相变温度影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素1.1.脂肪酸链的饱和程度脂肪酸链的饱和程度2.2.脂肪酸链的长度
8、脂肪酸链的长度3.3.胆固醇的影响胆固醇的影响 4.4.卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂的比例鞘磷脂的比例5.5.其它因素其它因素饱和程度高,流动性小;饱和程度高,流动性小;饱和程度低,流动性大。饱和程度低,流动性大。链长,流动性小;链长,流动性小;链短,流动性大。链短,流动性大。调节膜的流动性。调节膜的流动性。此比例小,流动性小;此比例小,流动性小;此比例大,流动性大。此比例大,流动性大。环境温度,内在膜蛋白的含量环境温度,内在膜蛋白的含量2 2、膜蛋白的流动性、膜蛋白的流动性(1 1)侧向移动)侧向移动(2 2)旋转运动)旋转运动小鼠细胞小鼠细胞人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+人膜蛋白(抗原)人膜蛋白(抗原
9、)异核细胞异核细胞小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+罗丹明罗丹明小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白(抗原)小鼠膜蛋白(抗原)人细胞人细胞孵育(孵育(37,40分钟)分钟)诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原)抗原)(二)生物膜的不对称性(二)生物膜的不对称性 1、膜脂分布的不对称性、膜脂分布的不对称性 第三:糖脂第三:糖脂 全部分布在细胞膜的外层。全部分布在细胞膜的外层。(非胞质面)(非胞质面)第一:磷脂第一:磷脂 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 和和 鞘磷脂鞘磷脂 多分布在细胞膜的外层多分布在细胞膜的外层(非胞质面)(非胞质面)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 和和 磷脂
10、酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层多分布在细胞膜的内层 (胞(胞 质质 面)面)磷脂酰丝氨酸带有负电荷磷脂酰丝氨酸带有负电荷(No.10)(No.10)细胞膜内层负电荷多于外层。细胞膜内层负电荷多于外层。第二:胆固醇第二:胆固醇 因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大,故主要分布在细胞膜的外层。因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大,故主要分布在细胞膜的外层。(非胞质面)(非胞质面)2、膜蛋白分布的不对称性、膜蛋白分布的不对称性第一:第一:膜蛋白在脂双分子层中的膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。(包括内在分布位置是不对称的。(包括内在及外在膜蛋白)及外在膜蛋白)第三:第三:糖蛋白均分
11、布于细胞膜的外层。糖蛋白均分布于细胞膜的外层。(非胞质面)(非胞质面)第二:第二:膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。(细胞膜内层多于外层)(细胞膜内层多于外层)“脂双分子层脂双分子层”的提出的提出 科学基础科学基础 19251925年,年,GorterGorter 和和 GrendelGrendel 用丙酮抽提红细用丙酮抽提红细胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量其所占面积相当于所用红细胞膜总子层,测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首次提出面积的两倍,因而首次提出细胞膜是
12、由连续的细胞膜是由连续的脂双分子层组成的脂双分子层组成的。(一)片层结构模型(一)片层结构模型 19351935年年,Danielli和和Davson,发现细胞膜的表面张力显著低发现细胞膜的表面张力显著低于油于油-水界面的表面张力水界面的表面张力,因此因此认为认为,细胞膜中除含有脂类外,细胞膜中除含有脂类外,还含有蛋白质还含有蛋白质,故提出了故提出了片层片层结构模型结构模型.蛋白质蛋白质 脂双分子层脂双分子层 夹层学说夹层学说(球状)(球状)(球状)(球状)(双分子层)(双分子层)“蛋白质蛋白质 -脂类脂类 -蛋白质蛋白质”三夹板式结构三夹板式结构试图在分子水平上说明细胞膜的结构,对试图在分子
13、水平上说明细胞膜的结构,对以后多种模型的提出有一定的启发作用。以后多种模型的提出有一定的启发作用。(二)单位膜模型(二)单位膜模型蛋白质:蛋白质:折叠的薄片状折叠的薄片状脂双层脂双层 19591959年年,Robertson Robertson 利用电子显微镜观察,发现所有利用电子显微镜观察,发现所有生物膜都呈生物膜都呈“暗暗-明明-暗暗”三层结构,故而把三层结构,故而把“两暗一明两暗一明”的结构模型称为的结构模型称为单位膜单位膜模型。模型。暗暗明明暗暗 此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面的是呈此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面的是呈 -折叠折叠的薄片状蛋白质,而非球状蛋白质。的薄片状蛋白质,
14、而非球状蛋白质。提出了生物膜在形态上提出了生物膜在形态上的共性,并对膜的某些的共性,并对膜的某些属性做出了一定的解释,属性做出了一定的解释,具有一定的理论意义。具有一定的理论意义。细细 胞胞 膜膜蛋白质:蛋白质:折叠的薄片状折叠的薄片状(三)液态镶嵌模型(三)液态镶嵌模型1.1.流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体;流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体;2.2.球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中 或附着在膜表面。或附着在膜表面。液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现象,为阐述膜功能奠定了基础,为人们普遍接象,为
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